способ стерилизации объекта

Формула изобретения

1. СПОСОБ СТЕРИЛИЗАЦИИ ОБЪЕКТА путем обдува газом, отличающийся тем, что, с целью повышения стерилизующих свойств и сокращения времени стерилизации, в качестве стерилизующего газа используют возбужденный атомарный и молекулярный кислород, получаемый из смеси воздуха с озоном путем ее облучения квантами света с длиной волны 1500 3080 А и энергией 5,26 эВ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объект обдувают смесью воздуха с озоном непрерывно, а смесь вместе с объектом стерилизации облучают квантами света периодически.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к микробиологии и может быть использовано в с/х для обеззараживания овощей, фруктов и др. с/x продукции при закладке их на хранение и при хранении; в медицине для обеззараживания рук хирурга, хирургических инструментов, перевязочных материалов, лечения инфекционных кожных и других заболеваний; в технике для обеззараживания емкостей, приборов, механизмов, хранилищ и др. в экологии для обеззараживания атмосферы, бытовой воды, воды в бассейнах, сточных вод и др.

Известны способы и устройства для обеззараживания объектов стерилизующей смесью газов воздух + озон. Недостатком известных способов и устройств является необходимость наличия относительно большого количества озона в смеси (3-25 мг/м³ воздуха) и длительное время обеззараживания (несколько циклов по несколько часов). Это приводит к большим материальным затратам, сложной технологии применения, трудностям выполнения норм техники безопасности. Озон не полностью расходуется на уничтожение микроорганизмов и веществ и его необходимом улавливать и не допускать к рассеиванию в атмосфере, так как он опасен для живых организмов и всех материалов кроме золота и платины (является сильным окислителем вторым после фтора). В реакцию вступает не сам озон О₃, который не устойчив и распадается на составляющие O и O₂, а продукт его распада атомарный кислород O.

В связи с тем, что озон O₃ распадается постоянно (несколько часов или суток в зависимости от температуры, давления и др. факторов), неиспользованная по назначению часть озона попадает в атмосферу, постепенно распадается в ней и начинает окислять находящиеся в контакте с ним вещества. Допустимая концентрация озона в атмосфере 0,1 мг/м³. В связи с тем, что озон тяжелее воздуха, он собирается в нижних слоях атмосферы и там доза превышает допустимую. Следует также отметить, что длительное воздействие озона (или ионизированного воздуха), необходимое для достижения бактерицидного эффекта, приводит к снижению ценных питательных и вкусовых веществ (углеводов, витаминов, сахара и т.д.). Получение большого количества озона и обработка им объектов, кроме того, приводит к большим материальным затратам в связи с тем, что для этого требуются мощные озонаторные установки с сложными генераторами с высокочастотными преобразователями электрического тока, контактные камеры больших габаритов.

Известны способы и устройства для обеззараживания объектов длительным воздействием (несколько часов) ультрафиолетовыми лучами большой мощности. Недостатком известных способов и устройств является длительность воздействия облучением большой мощности для достижения бактерицидного эффекта, что вредно для живых организмов (ультрафиолетовая радиация в больших количествах разлагает хроматин клеточного ядра и препятствует делению последнего, т.е. размножению клеток).

Известен способ и устройство для обеззараживания объектов атомарными газами, получаемыми из элементов воздуха в пространстве между электродами, на которые подают переменный ток высокого напряжения. Недостатком известного устройства является малая эффективность обеззараживания и необходимость длительной обработки объекта для достижения требуемого обеззараживающего эффекта в связи с малым количеством получаемых атомарных газов.

Целью изобретения является устранение перечисленных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что объекты обеззараживают возбужденным атомарным О^* и возбужденным молекулярным О^*₂ кислородом, который получают разрушением озона О₃ путем воздействия, на него квантами света длиной волны = 1500-3080 и энергией h5,26 эВ.

Совокупность существенных признаков предложенных способа и устройства проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что обеззараживание возбужденным атомарным O^* и возбужденным O^*₂ происходит эффективно, за короткое время, с одновременным соблюдением норм техники безопасности и малыми материальными и энергетическими затратами.

Согласно предложенному способу обеззараживание объектов производят следующим образом. Объект стерилизации обдувают смесью воздуха и озона O₃ с небольшим содержанием озона O₃ и одновременно воздействуют на озон O₃ в непосредственной близости от поверхности обрабатываемого объекта квантами света с длиной волны 1500-3080 и энергией h 5,26 ЭВ.

Под воздействием указанных квантов света практически весь озон O₃распадается на атомарный и молекулярный кислород, т.е. происходит реакция O₃+h __ O^*₂+O^*.

Поскольку непосредственно на диссоциацию молекулы озона O₃расходуется небольшая энергия 1,09 эВ, остальная энергия поглощенных квантов идет на возбуждение возникающих при этом частиц атомарного кислорода O и молекулярного кислорода O₂. В зависимости от характеристик воздействующего излучения ( и h ) частицы кислорода O и O₂ могут быть возбуждены до различных уровней O("S) O("D), O₂("g), O₂("⁺g), O₂(³⁺).

Радиационное разрушение озона происходит при поглощении энергии в полосах Шаппюи и Гегинса, но наиболее интенсивно при длине волны квантов света < 3080 (меньше так называемой D-границы). При этом происходит реакция

O₃(A)+h __ O₂(g)+O(D), а при < 2660 реакция

O₃(A)+h __ O₂(⁺g)+O(D) Квантовый выход реакции равен единице при 3000 и уменьшается до 0,4, при 3080 . Следовательно облучить озон квантами света с длиной волны > 3080 нецелесообразно. Кроме этого, полученные при распаде O₃ и имеющиеся в воздухе молекулы кислорода O₂ не только переходят в возбужденное состояние, но и диссоциируют на атомы, которые затем также переходят в возбужденное состояние.

Диссоциация молекулы кислорода на атомы происходит при поглощении энергии в полюсах Герцберга, т.е. при длине волны квантов света 1750-2424 , а при < 1750 (в полосах Шумана-Рунге) радиация создает уже возбужденные атомы кислорода. Следовательно облучать атомы кислорода квантами света длиной волны < 1500 не обязательно, так они будут достаточно возбуждены энергией в диапазоне 1500-1750 .

При этом на диссоциацию молекулы кислорода расходуется 5,115 эВ, а на возбуждение атомов 1,96 эВ.

Возбужденные O^* и O^*₂ являются очень активными окислителями и быстро уничтожают вредную микрофлору на поверхности обрабатываемого объекта. По сравнению с обработкой "чистым" озоном O₃ скорость обработки возбужденными O^* и O^*₂ в 100 раз быстрее, т.е. достаточно воздействовать на объект возбужденными O и O₂ практически несколько секунд (время зависит от степени осеменения поверхности объекта, микрофлорой, величины и скорости подачи на поверхность объекта O^* и O^*₂, скорости передвижения и вращения объекта в струе обеззараживающего газа и т. д.) и определяется в каждом конкретном случае применительно к имеющимся условиям.

Кванты света длиной волны 1500-3080 , получают, например, при помощи бактерицидной кварцевой электролампы, спектр облучения которой очень широк.

При воздействии указанными квантами света за короткое время озон O₃разлагается практически весь и в окружающую атмосферу не уходит, т.е. в ней не превышается допустимое содержание O₃.

В связи с тем что озон под воздействием указанных квантов света диссоциирует очень быстро, а возбужденные атомарный O^* и молекулярный O^*₂ кислород существует непродолжительное время (и то и другое десятые-сотые доли секунды, в зависимости от давления и температуры), последние получают в непосредственной близости от поверхности обрабатываемого объекта путем облучения квантами света озоновоздушной смеси в пространстве вокруг объекта, причем обдув объекта производят непрерывно, а облучение периодически, например в течение 2-5 с через 2-5 с. Это необходимо для того, чтобы в начале создать вокруг объекта смесь озона с воздухом, а затем облучением практически мгновенно получить возбужденный O^* и O^*₂ из этой смеси, после чего заменить использованную озоновоздушную смесь на новую без воздействия облучения и вновь затем порцией облучения превратить озон O₃ вокруг объекта в O^* и O^*₂.

Для того, чтобы у обрабатываемого объекта не оказалось затененных необеззараженных мест его вращают и перемещают относительно источников озоновоздушной смеси и облучения таким образом, чтобы под прямое воздействие струи озоновоздушой смеси и лучей обязательно попала вся поверхность обрабатываемого объекта. Вместо вращения на объект можно воздействовать озоновоздушной смесью и облучением со всех сторон.

После обдува и облучения всей поверхности объект выводят из зоны обработки и отправляют в хранилище, вентиляцию которого производят обеззараженным газом, например, озоновоздушной смесью, предварительно обработанной облучением для получения O^* и O^*₂ и уничтожения с их помощью вредных микроорганизмов в вентилирующем газе.

Следует особо отметить, что количество озона в смеси при обработке объектов и при вентиляции хранилищ возбужденными O и O₂ требуется незначительное (в 10-25 раз меньше чем при длительной обработке объектов и атмосферы просто озоновоздушной смесью, т. е. 0,1-1,0 мг/м³ вместо 3-25 мг/м³). Поэтому озон O₃ для этой цели может быть получен простейшим недорогим способом, например, продувкой струи атмосферного воздуха через факельный разряд электрического тока напряжением 220 В с промышленной частотой 50 Гц, т.е. без применения специальных генераторов, высокочастотных преобразователей электрического тока, кислородных обогатителей и т.д.

Следует также отметить, что предложенный способ облегчает выполнение техники безопасности за счет того, что озон O₃ создают в непосредственной близости от обрабатываемого объекта и практически здесь же полностью разлагают его нa O^* и O^*₂, поэтому он не попадает в атмосферу, не скапливается в нижних слоях в недопустимом количестве, а полученные химически активные O^* и O^*₂ имеют продолжительность "жизни" десятые и сотые доли секунды и исчезают или используются также в непосредственной близости от обрабатываемого объекта.

На чертеже представлена установка для обеззараживания объектов, реализующая предложенный способ обеззараживания, содержащая контактную камеру 1, источник озона (озонатор) 2, электроды искрового разряда (электрический разрядник) 3, нагнетатель воздуха (вентилятор, компрессор) 4, источник квантов света (кварцевая лампа) с длиной волны 1500-3080 и энергией h 5,26 эВ 5, источник переменного тока (с промышленной частотой ) 6, выключатель 7, реле времени 8, обрабатываемый объект 9, обеззараживаемую поверхность объекта А, теневую (необеззараживаемую поверхность объекта) В.

На чертеже также даны следующие обозначения: движение атмосферного воздуха; движение воздуха с озоном; ___ смесь воздуха с возбужденными атомарным O^* и молекулярным O^*₂ кислородом.

В предложенной установке в контактной камере 1 монтирован источник озона 2, состоящий из электродов 3 искрового разряда (электрического разрядника), нагнетатель 4 атмосферного воздуха в озонатор 2 и далее в контактную камеру 1, источник квантов света 5 (кварцевая лампа), которая подсоединена к источнику 6 переменного тока через выключатель 7, управляемый через реле времени 8 (вторая кварцевая лампа 5 на схеме для упрощения изображения представлена без подсоединения к источнику 6 электрического тока). Обрабатываемый объект 9, например картофель, медицинский инструмент, сточная или бассейная вода, располагаются в контактной камере 1, соответственно на транспортере, поставке, протоком. Все элементы контактной камеры 1 покрыты стойким к воздействию окисляющего O^* и O^*₂ лаком.

Установка работает следующим образом. Подключают выключателями 7 к источнику 6 электрического тока вентилятор 4, кварцевую лампу 5, озонатор 2. Атмосферный воздух засасывается из окружающей среды и подается вентилятором 4 в озонатор 2, где между электродами 3 в искровом разряде из него (из его кислорода) с помощью синтетических реакций образуется небольшое, но достаточное количество озона O₃. Смесь воздуха с озоном O₃ поступает далее в контактную камеру 1, окружает обрабатываемый объект 9 и под действием квантов света кварцевой лампы 5 озон O₃ разлагается на атомарный О и молекулярный O₂ кислород, который в свою очередь здесь же переходит в возбужденное состояние O* и O₂*.

Возбужденный O^* и O^*₂ уничтожает микроорганизмы на поверхности А объекта 9 и переходит в нормальное состояние. Для того, чтобы уничтожить микроорганизмы на поверхности В объекта 9 (с противоположной стороны) либо поворачивают объект 9 на 180^о стороной В к кварцевой лампе 5, либо устанавливают в контактной камере 1 дополнительные кварцевые лампы для кругового облучения объекта 9 (в каждом конкретном случае этот вопрос решают в зависимости от рода обрабатываемого объекта 9).

Так как возбужденный O^* и O^*₂ существует недолго, для получения новой порции этих O^* и O^*₂ из новой порции озона O₃, временное реле 8 подает команду на выключатель 7 и отключает кварцевую лампу 5 от источника тока 6, например на 1-5 с. За это время озон O₃, образовавшийся в озонаторе 2, поступает в контактную камеру 1 и занимают ее пространство вокруг обрабатываемого объекта 9. После этого реле времени 8 подает команду на выключатель 7 и включает кварцевую лампу 5 на 1-5 с. Цикл повторяется. Время между включением и выключением кварцевой лампы 5 выбирается в каждом конкретном случае в зависимости от объема контактной камеры, расхода смеси озона с воздухом, угловой скорости поворота обрабатываемого объекта 9 (если он вращается) времени нахождения объекта 9 в контактной камере 1 и т.д.

После обработки обеззараженный объект 9 удаляют из контактной камеры 1 и устанавливают новый, например при помощи транспортера.

В случае применения предложенной установки для обеззараживания воздуха, вентиляции хранилищ, помещений, ее контактную камеру подсоединяют входом к выходу из вентилятора, нагнетающего воздух в помещение, и отключают реле времени 8. Образующиеся в этом случае непрерывно в контактной камере 1 из озона O₃ возбужденные O^* и O^*₂ уничтожают микроорганизмы в воздухе вентиляции и последний обеззараженный поступает в хранилище или другое помещение.

Предложенный способ обеззараживания проходит лабораторные проверки, разрабатываются рабочие чертежи и изготавливается экспериментальный образец предложенной установки обеззараживания.